第4章 温度量传感器及应用 （课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

第4章 温度量传感器及应用 知识目标 通过本课题的学习，了解温度传感器的作用、地位、分类和发展趋势；掌握热电偶基本定律及相关计算；了解温度测量器件的结构、工作原理、特性。 技能目标 通过本课题的学习，掌握不同类型温度传感器的特点及应用场合；掌握集成温度传感器使用方法；正确熟练查找热电偶分度表；能根据标准电极定律掌握热电极的测定、选配方法；能正确选择热电偶补偿导线，熟悉热电偶冷端补偿方法。 4.1 温度测量基本知识 4.1.1温度的基本概念 4.1.2 温标 温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。 1. 热力学温标 1848年威廉·汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。因是开尔文总结出来的，故又称开尔文温标，它是国际基本单位制之一 。 2.摄氏温标 摄氏温标是工程上最通用的温度标尺。摄氏温标是在标准大气压(即101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等份，每一等份称为摄氏一度(摄氏度，℃)，一般用小写字母t表示。与热力学温标单位开尔文并用。 摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下： T=t+273.15 K （4-1） 3. 华氏温标 华氏温标目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融点为32华氏度，水的沸点为212华氏度，中间等分为180份，每一等份称为华氏一度，单位符号是℉。 4.1.3温度传感器的分类及发展方向 温度传感器分类方法比较多，按是否与被测对象接触可分为接触式和非接触式温度传感器；按不同工作原理可分为体积膨胀式、电阻式、热电式等；按测温范围不同分为低温传感器、中温用传感器和高温传感器；按输特性不同分为线性型、开关型等。 温度传感器的主要发展方向： （1）超高温与超低温传感器，如+3000℃以上和–250℃以下的温度传感器。 （2）提高温度传感器的精度和可靠性。 （3）研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。 （4）发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。 （5）发展适应特殊测温要求的温度传感器。 （6）发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。 4.2 电阻式温度传感器 4.2.1 热电阻传感器 1.热电阻传感器基本工作原理 热电阻是利用电阻与温度成一定函数关系的特性，由金属材料制成的感温元件。当被测温度变化时，导体的电阻随温度变化而变化，通过测量电阻值变化的大小而得出温度变化的情况及数值大小，这就是热电阻测温的基本工作原理。 2.常用热电阻及特性 ⑴铂电阻 铂电阻是目前公认的制造热电阻的最好材料，它性能稳定，重复性好，测量精度高，其电阻值与温度之间有很近似的线性关系。缺点是电阻温度系数小，价格较高。铂电阻主要用于制成标准电阻温度计，其测量范围一般为-200～+850℃。 ⑵ 铜电阻 铜电阻的特点是价格便宜（而铂是贵重金属），纯度高，重复性好，电阻温度系数大，α=（4.25～4.28）×10-3/℃（铂的电阻温度系数在0～100℃之间的平均值为3.9×10-3/℃）,其测温范围为-50～+150℃，当温度再高时，裸铜就氧化了。 在上述测温范围内，铜的电阻值与温度呈线形关系，可表示为 Rt = R0（1 + ɑ t） ⑶其他热电阻 除了铂和铜热电阻外，还有镍和铁材料的热电阻。镍和铁的电阻温度系数大，电阻率高，可用于制成体积大、灵敏度高的热电阻。但由于容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，重复性和线性度差，目前应用还不多. 3.热电阻的测量电路 热电阻三线制接法测量桥路 热电阻测温电路的四线制接法 4.热电阻的应用 ①温度测量 ②流量测量 4.2.2 热敏电阻和集成温度传感器 1.热敏电阻结构 大部分半导体热敏电阻是由各种氧化物按一定比例混合，经高温烧结而成。如图4-7所示。多数热敏电阻具有负的温度系数，即当温度升高时，其电阻值下降，同时灵敏度也下降。由于这个原因，限制了它在高温下的使用。 2.热敏电阻的热电特性 3.热敏电阻应用实例 ⑴温度控制 ⑵晶体管的温度补偿 ⑶电动机的过载保护控制 4.集成温度传感器 ⑴AD590系列集成温度传感器 ⑵AD22100集成温度传感器 4.3 热电式温度传感器 4.3.1 热电偶工作原理 1.工作原理 (1) 热电效应 将两种不同成分的导体组成一闭合回路，如图4-17所示。当闭合回路的两个结点分别置于不同的温度